p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) relatam uma nova combinação de materiais que prepara o terreno para a memória magnética de acesso aleatório baseada no spin, uma propriedade intrínseca dos elétrons. A inovação pode superar os dispositivos de armazenamento atuais. Sua descoberta, publicado em um novo estudo, descreve uma nova estratégia para explorar fenômenos relacionados ao spin em materiais topológicos e pode estimular vários avanços no campo da eletrônica de spin. Além disso, este estudo fornece uma visão adicional sobre o mecanismo subjacente dos fenômenos relacionados ao spin. p Spintrônica é um campo tecnológico moderno onde o spin, ou o momento angular, de elétrons tem um papel principal. Na verdade, arranjos coletivos de spin são a razão para as propriedades curiosas dos materiais magnéticos, que são popularmente usados ​​na eletrônica moderna. Os pesquisadores têm tentado manipular propriedades relacionadas ao spin em certos materiais, especialmente para memória não volátil. Memória magnética não volátil, (MRAM) tem o potencial de superar a tecnologia de memória de semicondutor atual em termos de consumo de energia e velocidade.

p Uma equipe de pesquisadores da Tokyo Tech, liderado pelo professor associado Pham Nam Hai, publicou recentemente um estudo no Journal of Applied Physics na magnetorresistência Hall de rotação unidirecional (USMR), um fenômeno relacionado ao spin que poderia ser usado para desenvolver células MRAM com uma estrutura extremamente simples. O efeito de spin Hall leva ao acúmulo de elétrons com um certo spin nas laterais de um material. O efeito de rotação Hall, que é particularmente forte em materiais conhecidos como isolantes topológicos, pode resultar em um USMR gigante pela combinação de um isolador topológico com um semicondutor ferromagnético.

p Quando os elétrons com o mesmo spin se acumulam na interface entre os dois materiais, devido ao efeito de spin Hall (Fig. 1), os spins podem ser injetados na camada ferromagnética e inverter sua magnetização, permitindo operações de gravação de memória, o que significa que os dados nos dispositivos de armazenamento podem ser regravados. Ao mesmo tempo, a resistência da estrutura composta muda com a direção da magnetização devido ao efeito USMR. A resistência pode ser medida usando um circuito externo, permitindo operações de leitura de memória nas quais os dados podem ser lidos usando o mesmo caminho atual com a operação de gravação. Na combinação de materiais existentes usando metais pesados ​​convencionais para o efeito Hall de rotação, Contudo, as mudanças na resistência causadas pelo efeito USMR são extremamente baixas - bem abaixo de 1 por cento - o que impede o desenvolvimento de MRAM usando este efeito. Além disso, o mecanismo do efeito USMR parece variar de acordo com a combinação do material usado, e não está claro qual mecanismo pode ser explorado para aumentar a USMR para mais de 1 por cento.

p Para entender como as combinações de materiais podem influenciar o efeito USMR, os pesquisadores projetaram uma estrutura composta que compreende uma camada de arsenieto de gálio manganês (GaMnAs, um semicondutor ferromagnético) e antimonídeo de bismuto (BiSb, isolante topológico). Com esta combinação, eles obtiveram uma proporção gigante de USMR de 1,1 por cento. Em particular, os resultados mostraram que a exploração de dois fenômenos em semicondutores ferromagnéticos, espalhamento de magnons e espalhamento de desordem de spin, pode levar a uma proporção gigante de USMR, tornando possível usar este fenômeno em aplicações do mundo real. Dr. Hai diz, "Nosso estudo é o primeiro a demonstrar que é possível obter uma proporção de USMR maior que 1 por cento. Isso é várias ordens de magnitude maior do que aqueles que usam metais pesados ​​para USMR. Além disso, nossos resultados fornecem uma nova estratégia para maximizar a proporção de USMR para aplicações práticas de dispositivos. "

p Este estudo pode desempenhar um papel fundamental no desenvolvimento da spintrônica. A estrutura MRAM convencional requer cerca de 30 camadas ultrafinas, o que é muito desafiador de fazer. Usando USMR para operações de leitura, apenas duas camadas são necessárias para as células de memória. "Mais engenharia de material pode melhorar ainda mais a proporção de USMR, que é essencial para MRAMs baseados em USMR com uma estrutura extremamente simples e leitura rápida. Nossa demonstração de uma proporção de USMR acima de 1 por cento é um passo importante em direção a este objetivo, "conclui o Dr. Hai.